Хотя технология блокчейн является относительно новой инновацией, цифровые активы, такие как криптовалюты, NFT и вся экосистема децентрализованных приложений (dApps), работающих на ее основе, сегодня сталкиваются с вызовом, брошенным квантовыми вычислениями.
Технология, которая развивается быстрыми темпами, использует законы квантовой механики для создания компьютеров, которые могут решать задачи, считающиеся слишком сложными для классических или двоичных компьютеров.
Квантовые вычисления называют следующим этапом развития вычислительной техники, который превзойдет суперкомпьютеры (класс компьютеров с гораздо более высокой производительностью по сравнению с обычными), и за счет своего вычислительного превосходства они могут бросить вызов существующим стандартам безопасности.
Благодаря способности решать задачи высокой степени сложности квантовые компьютеры могут пошатнуть существующее представление о неизменяемости блокчейна.
Квантовые вычисления, способные подорвать безопасность цифровых технологий, могут помочь злоумышленникам организовать атаки на криптовалюты и блокчейны, даже несмотря на то что находятся на начальной стадии своего развития. Важно понимать, что делает квантовые компьютеры такими мощными и как в будущем они могут взламывать приложения, работающие на основе блокчейна.
Глобальная криптовалютная экосистема стоит на пороге массового распространения, и разработчикам придется осваивать новые горизонты в области криптографических алгоритмов, внедряя инновации, чтобы противостоять угрозе, исходящей от квантовых вычислений.
Что такое квантовый компьютер
Основное отличие квантовых компьютеров от классических или двоичных заключается в том, как они используют состояния для представления любого числа в сложных вычислениях. Двоичные компьютеры используют биты для кодирования информации в виде 0 или 1, а квантовые компьютеры используют квантовые биты или «кубиты» и такие свойства, как квантовая суперпозиция и запутанность, чтобы представлять множество вещей одновременно.
К примеру, для представления любого числа от 0 до 255 классическому компьютеру достаточно восьми бит, тогда как квантовый компьютер может одновременно представлять все 256 чисел с помощью восьми кубитов. Это позволяет им учитывать большое количество комбинаций и выполнять сложные вычисления гораздо быстрее, чем лучшие суперкомпьютеры.
Прежде чем на рынке появятся чисто квантовые вычислительные устройства, следующую ступень вычислительной техники, вероятно, возглавят квантово-ориентированные суперкомпьютеры, объединяющие классические и квантовые рабочие процессы.
Такие устройства могут иметь вычислительную мощностью от 50 до 1000 кубитов. Учитывая, насколько мощными являются квантовые компьютеры сейчас, а также их ограниченную доступность, легко сделать вывод, что до того, как квантовые компьютеры станут угрозой для криптовалют, пройдет еще много времени.
Несмотря на огромный потенциал, квантовое превосходство станет возможным только после изобретения передовых методов подавления ошибок и увеличения скорости вычислений без каких-либо сопутствующих проблем.
Уязвимы ли криптовалюты для квантовых атак
Даже если рассмотреть возможность того, что квантовые вычисления смогут взломать криптографию, используемую в криптовалютах, то для проведения атаки на адреса кошельков с целью кражи хранящихся на них средств потребуется непомерно большой объем вычислительной мощности.
Для такого блокчейна, как Ethereum, потребуется более 10 миллионов кубитов вычислительной мощности.
Для транзакционной атаки, при которой злоумышленник задействует огромное количество квантовых вычислительных мощностей, чтобы захватить контроль над транзакциями в масштабах одного блока, ресурсозатраты гораздо больше, так как атаке подвергаются все узлы. Поскольку крайне важно осуществить атаку до того, как новый блок будет добавлен в блокчейн-сеть, чтобы завершить транзакционную атаку, у хакера будет несколько минут для Биткоина и десятки секунд для Эфириума.
Учитывая, что для успешного проведения такой атаки необходимы миллиарды кубитов квантовой вычислительной мощности, у разработчиков блокчейна есть достаточно времени для создания новых алгоритмов криптографической подписи, устойчивых к квантовым атакам.
Могут ли квантовые компьютеры украсть Биткоин
Для взлома шифрования, защищающего Bitcoin, потребуется огромное количество квантовых вычислительных мощностей, которые будут развернуты вместе и контролироваться одним субъектом, организующим атаку.
По данным исследователей из Университета Сассекса, для атаки на сеть Bitcoin в течение 10 минут потребуется квантовый компьютер с вычислительной мощностью в 1,9 миллиарда кубитов. Для этого хакерам потребовалось бы задействовать миллионы квантовых компьютеров, что в обозримом будущем маловероятно.
При любой меньшей вычислительной мощности атака займет экспоненциально больше времени, которого хватит на деактивацию взломанных узлов и восстановление сети. Поскольку атака на кошелек кажется более легкой, в такие криптовалюты, как Биткоин, придется как минимум внести изменения в основной протокол блокчейна, чтобы противостоять такой возможности.
Хотя в долгосрочной перспективе такой подход все равно оставляет кошельки под угрозой атаки, его гораздо проще реализовать, чем внедрять новый криптографический алгоритм.
Текущий алгоритм Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), используемый в Bitcoin, — это криптографический алгоритм, основанный на эллиптических кривых и модульной арифметике, использующий приватный ключ и публичный ключ пользователя и электронную цифровую подпись, чтобы гарантировать, что средства могут быть потрачены только владельцем ключей.
Поскольку публичные блокчейны требуют согласия значительного числа пользователей для утверждения любых изменений в протоколах, внесение изменений даже в Bitcoin может занять больше времени, чем кажется.
В силу необходимости создания квантоустойчивого программного обеспечения и криптографических решений, в криптосекторе существует множество проектов, посвященных этой задаче.
После того как квантовые вычисления станут повсеместными, вероятно, Биткоину будет необходим переход к более сложному и устойчивому к квантовому воздействию распределенному реестру, который будет работать на основе революционного криптографического алгоритма.
Уничтожат ли криптовалюту квантовые вычисления
Применение квантовых компьютеров, несомненно, поможет смоделировать поведение молекул, поможет в разработке новых энергоэффективных материалов и более действенных лекарств, и даже улучшит катализаторы, что может положительно повлиять на многие отрасли промышленности.
Хотя реальная цель разработки квантовых компьютеров — получить возможность решать самые сложные проблемы в мире, они могут быть использованы не по назначению, к примеру, для того, чтобы устроить хаос в публичных блокчейнах и криптовалютных сетях.
Чтобы ответить на вопрос, переживет ли блокчейн квантовые вычисления, необходимо, чтобы в течение следующего десятилетия технология превратилась в устойчивую к таким вычислениям систему распределенных реестров. Квантовые компьютеры могут стать достаточно мощными, чтобы атаковать криптовалюты в ближайшие 10-15 лет.
Одним из решений этой проблемы может стать увеличение размера ключей, хотя еще предстоит выяснить, возможно ли постоянно удваивать количество ключей в целях защиты против квантовых компьютеров, которые со временем тоже будут становиться мощнее.
Новые концепции криптографии, такие как криптографические схемы, основанные на теории решеток, в которой в шифр добавляется математический шум, чтобы запутать квантовый компьютер, и квантовоустойчивые алгоритмы, основанные на математических проблемах, — это путь вперед.
Последний подход разработан таким образом, что как классические, так и квантовые компьютеры будут испытывать трудности с их решением, что обеспечивает актуальность и безопасность обеих вычислительных систем. Независимо от того, будут ли криптовалюты использовать структурированные решетки или алгоритмы на основе хэшей, ключевым моментом будет оставаться опережение возможностей квантовых компьютеров.
Хотя квантовые вычисления не могут бросить вызов криптовалютам в их нынешнем виде, потребуются обобщенные усилия для внесения целого ряда изменений, которые сохранят децентрализованные структуры управления от будущей угрозы квантовых суперкомпьютеров.
Ко всему прочему, используя сверхпроводящие элементы, которые дают очень низкое сопротивление потоку электронов только при охлаждении до отрицательных температур, квантовые компьютеры по своей природе чувствительны к теплу, электромагнитным волнам и даже воздействию воздуха, что делает их уязвимыми к потерям при вычислениях в менее идеальных условиях.
Пока что будущее этой вычислительной техники лежит где-то между существующими классическими компьютерами и сложными квантовыми компьютерами, если только не будут достигнуты значительные успехи в разработке квантовых компьютеров для повседневного использования.
